Functionalization of metallic surfaces by titanium oxynitrides thin films obtained by laser irradiation under controlled atmosphere and by PVD

Fonctionnalisation de surfaces métalliques par des couches minces d'oxynitrures de titane obtenues par irradiation laser sous atmosphère contrôlée et par PVD

Franck Torrent (1)

1 ICB - Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne

The technological advances in areas such as automotive and aerospace industries require materials capable of withstanding demanding conditions. Surface treatments are effective tools to improve the surface properties of materials while preserving their bulk properties. Besides many conventional processes, laser treatments are efficient methods for hardening and increasing the durability of materials. This work is focused on the growth of titanium oxynitride surface layers by laser irradiation of pure titanium plates with nanosecond pulsed sources. The influence of the laser treatment conditions on the composition and the structure of these surface layers was studied. In particular, for laser treatments in air, it was shown that the use of infrared sources, instead of visible ones, increases the nitrogen concentration in the surface layers. Three kinds of gas mixtures (N2-O2, O2-Ar et N2-Ar) were used for studying the influence of the reactive atmosphere. The competition between the insertion mechanisms of nitrogen and oxygen was shown. Finally, the tribological behavior of laser treated samples was studied by fretting tests and compared with titanium oxynitride layers obtained by physical vapor deposition, taken as a model system because of their high in-depth homogeneity

Le progrès technologique dans des domaines tels que les industries automobile et aéronautique nécessite des matériaux capables de résister à des conditions très exigeantes. Les traitements de surface sont des outils efficaces pour améliorer les propriétés de surface des matériaux, tout en préservant les propriétés en son cœur. En particulier, les traitements par laser sont des méthodes efficaces pour le durcissement et l'augmentation de la durabilité des matériaux. Ce travail s'est focalisé sur la croissance des couches de surface d'oxynitrure de titane par irradiation laser de plaques de titane pur avec des sources pulsées nanosecondes. L'influence des conditions de traitement sur la composition et la structure des couches de surface a été étudiée. Ainsi, pour les traitements par laser dans l'air, il a été montré que l'utilisation de sources infrarouges, à la place de celles dans le visible, augmente la concentration d'azote dans les couches formées. Trois types de mélanges gazeux (N2-O2, O2-Ar et N2-Ar) ont été utilisés pour étudier l'influence de l'atmosphère réactive lors de ces traitements. La compétition entre les mécanismes d'insertion de l'azote et de l'oxygène a été montré. Enfin, le comportement tribologique des échantillons traités par laser a été étudié par des tests de fretting et comparé avec celui de couches d'oxynitrure de titane obtenues par dépôt physique en phase vapeur, considérées comme système modèle par leur plus grande homogénéité en profondeur

Mots clés: No english keyword

Mots clés: Traitements de surface; Irradiation laser; Insertion d'éléments légers; Fretting; Raman; NRA

Domaines: Autre [cond-mat.other]; Autre; Autre

Franck Torrent. Fonctionnalisation de surfaces métalliques par des couches minces d'oxynitrures de titane obtenues par irradiation laser sous atmosphère contrôlée et par PVD. Autre [cond-mat.other]. Université de Bourgogne, 2013. Français. ⟨NNT : 2013DIJOS053⟩. ⟨tel-00927056v2⟩